银表面等离子体共振增强TiO2光电化学电池的光电性能研究

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TiO2作为一种多功能的宽禁带半导体材料,具有优良的物理化学性质,在太阳能电池、紫外探测器等领域有着广泛应用。染料敏化太阳能电池作为典型的第三代太阳能电池因工艺简单、价格低廉等优点而引起广泛关注。在传统的TiO2纳米晶光阳极中,因纳米颗粒晶界电阻较大,到导电基板的电子路径较长,从而使界面处的电子复合损失较大。另外纳米光阳极对光的散射能力较弱,使其对光的捕获效率较差。由于金属Ag的良好导电性及纳米结构的等离子体共振效应,可改善光阳极的导电性并增强光吸收。在本文中,我们通过不同的水热条件制备了Ag纳米线和Ag纳米粒子,将其分别掺入TiO2光阳极,详细研究了不同掺杂比例对AgNWs-TiO2复合光阳极染料敏化太阳能电池和Ag@SiO2-TiO2复合光阳极自供能紫外探测器性能的影响,具体内容如下:(1)本文在不同条件下采用水热法还原乙二醇中的AgNO3,得到Ag纳米线和Ag纳米粒子。Ag纳米线直径在100到900 nm之间,Ag纳米粒子的直径都在35 nm左右,用水热法使Ag纳米粒子表面包裹一层SiO2薄膜,厚度约为3 nm。(2)将Ag纳米线和TiO2复合薄膜应用于染料敏化太阳能电池,在Ag纳米线的掺杂浓度为6 wt%、AM 1.5G标准太阳光下,测得DSSC的最高短路电流密度为5.71 mA cm-2,光电转换率达到2.87%,相对所制备的纯TiO2基DSSC,提高了2倍。(3)将Ag@SiO2和TiO2复合薄膜应用于自供能紫外探测器,在0 V偏压,光照强度为40 mW cm-2,365 nm的紫外光照下、自供能紫外探测器的最高短路电流密度为2.97 mA cm-2,响应的上升时间为0.016 s,衰减时间为0.026 s,开关比达到2812。电流密度随着光照强度的增加而线性增加,所制备的自供能紫外探测器,可以精确地应用于紫外光探测。
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